CN113359039A - 一种锂离子动力电池评估及再利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子动力电池评估及再利用方法，包括以下步骤：S1：将锂离子动力电池在一定条件下搁置若干天；S2：对锂离子动力电池进行实际容量测试；S3：对锂离子动力电池进行直流内阻测试；S4：依据S2、S3的测试结果对锂离子动力电池进行分组归类，分为功率老化组和能量老化组；S5：对能量老化组中的锂离子动力电池进行再利用。本发明对锂离子动力电池进行实际容量损失和直流内阻评估，根据测试数据将电池进行分组，将功率老化组的锂离子动力电池与超级电容器通过升压变换器并联，进行锂离子动力电池的二次利用，显著改善了电流峰值荷载能力，延长了锂离子动力电池二次使用寿命，有利于提高经济价值。

Description

一种锂离子动力电池评估及再利用方法

技术领域

本发明涉及电池再利用领域，尤其是指一种锂离子动力电池评估及再利用方法。

背景技术

在不久的将来，市场上会有大量的动力电池，据估计，各种情况下使用后的锂离子动力电池包数量由140万增加到2035年的680万。因此，基于锂离子动力电池生命周期内经济和生态成本考虑，需要对电动车拆除的锂离子动力电池价值进行价值评估并重新进行利用。一种在中国专利文献上公开的“电池再利用方法”，其公告号CN110611135B，该方法根据锂离子动力电池储能***的历史运行数据，获取锂离子动力电池单体的荷电状态和电池健康度，并依据荷电状态和电池健康度对各个锂离子动力电池单体进行梯次重组利用。虽然该技术方案评测了二次利用之前锂离子单体电池的能量特性，包括荷电状态和电池健康度等，但是缺乏对锂离子动力电池功率特性的评估，无法保证储能***中电流峰值使用的可靠性，增加了锂离子动力电池的二次使用风险，不利于提高电池使用寿命和使用价值。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的缺乏对锂离子动力电池功率特性的评估，无法保证储能***中电流峰值使用的可靠性，增加了锂离子动力电池的二次使用风险，不利于提高电池使用寿命和使用价值的问题，提供了一种锂离子动力电池评估及再利用方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子动力电池评估及再利用方法，包括以下步骤：S1：将锂离子动力电池在一定条件下搁置若干天；S2：对锂离子动力电池进行实际容量测试；S3：对锂离子动力电池进行直流内阻测试；S4：依据S2、S3的测试结果对锂离子动力电池进行分组归类，分为功率老化组和能量老化组；S5：对能量老化组中的锂离子动力电池进行再利用。本发明提出的一种锂离子动力电池组再利用方法，通过评估锂离子动力电池实际容量损失、直流内阻以及二者之间的相互关系，对锂离子动力电池进行分组归类，并对容量和内阻关系突变的锂离子动力电池进行再利用，显著提高了锂离子动力电池的二次使用寿命。

作为本发明的优选方案，所述S2包括以下步骤：S21：在25℃环境下，以I₁倍率恒流恒压给锂离子动力电池充电至100％SOC，截止电流为为I₂；搁置T₁分钟后，以I₁倍率恒流给锂离子动力电池放电至0％SOC，重复若干次，所得放电容量平均值记为Q1；S22：将完成S21的锂离子动力电池搁置T₂小时，然后以恒定电流I₃放电至0％SOC，放电容量记为Q2；S23：将Q1+Q2记为锂离子动力电池的实际容量，实际容量损失为标称容量减去实际容量。在S21中对锂离子动力电池进行若干次充放电操作，每次充放电都得到一个放电容量，对所得放电容量取平均值，一次充放电得到的放电容量存在一定的偶然性和误差，计算多个放电容量的平均值，可以减少误差，确保放电容量数据的严密准确；将完成S21的锂离子动力电池搁置一定时间，然后放电至0％SOC，是因为在这段时间中锂离子动力电池的电压会发生反弹。

作为本发明的优选方案，所述S21中的I₁为0.1C，T₁分钟的范围为10-20分钟，I₂为0.05C。在25℃环境下，以0.1C倍率恒流恒压给锂离子动力电池充电至100％SOC，截止电流为0.05C；搁置10-20分钟后，以0.1C倍率恒流给锂离子动力电池放电至0％SOC，重复若干次，所得放电容量平均值记为Q1，所得Q1用于后续步骤进行电池的实际容量与实际容量损失的计算。

作为本发明的优选方案，所述S22中的T₂小时为96小时，I₃为0.005C。锂离子动力电池放电后会发生电池电压反弹，将完成S21的锂离子动力电池搁置96小时，电池电压反弹并达到稳定状态，然后以一小电流恒流放电至0％SOC，此时锂离子动力电池电量彻底放完。

作为本发明的优选方案，所述S4中的分组归类的依据为：将实际容量损失在a AH以下，且直流内阻在b mΩ以上的电池归为功率老化组，其他电池归为能量老化组。本发明S4中将锂离子动力电池进行分组归类，其中功率老化组的锂离子动力电池使用本发明中的锂离子动力电池再利用方法进行再利用，而能量老化组的锂离子动力电池不在本发明研究的范围内。

作为本发明的优选方案，所述S5中电池进行再利用的方法为：将超级电容器通过升压变换器与功率老化组中的锂离子动力电池并联。超级电容器由于功率密度高，并具有一定的能量密度，可以与锂离子动力电池进行串联和并联配置，当与电池串联时，超级电容器被动的调平直流电压，降低荷载电流，在并联情况下，超级电容器可以被动吸收电流峰值，减缓大电流对锂离子动力电池的冲击。本发明采用并联配置，超级电容器通过升压变换器与锂离子动力电池并联，用于主动控制电流，适用于高功率和峰值电流调控，有效降低了锂离子动力电池的充放电深度，延长锂离子动力电池循环寿命。

作为本发明的优选方案，所述S1中一定条件为环境温度为25℃，锂离子动力电池的电量为0％SOC。在对锂离子动力电池进行实际容量测试前，需要在25℃环境、锂离子动力电池的电量为0％SOC的条件下进行搁置，使得锂离子动力电池达到稳定状态。

因此，本发明具有以下有益效果：对锂离子动力电池进行实际容量损失和直流内阻评估，根据测试数据将电池进行分组，将功率老化组的锂离子动力电池与超级电容器通过升压变换器并联，进行锂离子动力电池的二次利用，显著改善了电流峰值荷载能力，延长了锂离子动力电池二次使用寿命，有利于提高经济价值。

附图说明

图1是本发明的超级电容器通过升压变换器与锂离子动力电池并联储能的***结构示意图；

图2是本发明的实施例的锂离子动力电池实际容量损失和直流内阻测试结果图；

图3是本发明的实施例的对锂离子动力电池组施加的周期大倍率电流示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种锂离子动力电池评估及再利用方法，包括以下步骤：S1：将锂离子动力电池在一定条件下搁置若干天；S2：对锂离子动力电池进行实际容量测试；S3：对锂离子动力电池进行直流内阻测试；S4：依据S2、S3的测试结果对锂离子动力电池进行分组归类，分为功率老化组和能量老化组；S5：对能量老化组中的锂离子动力电池进行再利用。

其中，S2包括以下步骤：S21：在25℃环境下，以0.1C倍率恒流恒压给锂离子动力电池充电至100％SOC，截止电流为0.05C；搁置10-20分钟后，以0.1C倍率恒流给锂离子动力电池放电至0％SOC，重复若干次，所得放电容量平均值记为Q1；S22：将完成S21的锂离子动力电池搁置96h，然后以0.005C放电至0％SOC，放电容量记为Q2；S23：将Q1+Q2记为锂离子动力电池的实际容量，实际容量损失为标称容量减去实际容量。

S3采用常规HPPC法测试直流内阻。

S4中的分组归类的依据为：将实际容量损失在a AH以下，且直流内阻在b mΩ以上的电池归为功率老化组，其他电池归为能量老化组。

S5中电池进行再利用的方法为：将超级电容器通过升压变换器与功率老化组中的锂离子动力电池并联。如图1所示，超级电容器的正极端经升压变换器与锂离子动力电池的正极端相连，超级电容器的负极端与锂离子动力电池的负极端相连，锂离子动力电池的正极端经负载接地，锂离子动力电池的负极端接地。

S4中数值a与数值b根据锂离子动力电池的实际情况自行设定。

S1中一定条件为环境温度为25℃，锂离子动力电池的电量为0％SOC。

本发明提出的一种锂离子动力电池组再利用方法，通过评估锂离子动力电池实际容量损失、直流内阻以及二者之间的相互关系，对锂离子动力电池进行分组归类，并对容量和内阻关系突变的锂离子动力电池进行再利用，显著提高了锂离子动力电池的二次使用寿命。

在S21中对锂离子动力电池进行若干次充放电操作，每次充放电都得到一个放电容量，对所得放电容量取平均值，一次充放电得到的放电容量存在一定的偶然性和误差，计算多个放电容量的平均值，可以减少误差，确保放电容量数据的严密准确；将完成S21的锂离子动力电池搁置96小时，然后以0.005C放电至0％SOC，是因为在这96h中锂离子动力电池的电压会发生反弹。

S3采用常规HPPC法测试直流内阻。通过评估锂离子动力电池实际容量损失、直流内阻以及二者之间的相互关系，对锂离子动力电池进行分组归类，并对容量和内阻关系突变的锂离子动力电池进行再利用。

本发明S4中将锂离子动力电池进行分组归类，其中功率老化组的锂离子动力电池使用本发明中的锂离子动力电池再利用方法进行再利用，而能量老化组的锂离子动力电池不在本发明研究的范围内。

超级电容器由于功率密度高，并具有一定的能量密度，可以与锂离子动力电池进行串联和并联配置，当与电池串联时，超级电容器被动的调平直流电压，降低荷载电流，在并联情况下，超级电容器可以被动吸收电流峰值，减缓大电流对锂离子动力电池的冲击。如图1所示，本发明S5中电池进行再利用的方法中采用并联配置，超级电容器通过升压变换器与锂离子动力电池并联，用于主动控制电流，适用于高功率和峰值电流调控，有效降低了锂离子动力电池的充放电深度，延长锂离子动力电池循环寿命。

由于锂离子动力电池的电池容量、极板材料、电解液浓度等参数不尽相同，在进行际容量损失测试和直流内阻时，其标准也不尽相同，在对锂离子动力电池进行分组时，应结合锂离子动力电池的相关参数进行分组。

在对锂离子动力电池进行实际容量测试前，需要在25℃环境、锂离子动力电池的电量为0％SOC的条件下进行搁置，使得锂离子动力电池达到稳定状态。

下面结合一具体实施例对本发明做进一步描述。

选择从电动汽车上拆除的达到寿命终期的、电池容量、极板材料、电解液浓均一致的36包锂离子动力电池，在对这36包锂离子动力电池扎起25℃环境、电量为0％SOC的条件下进行搁置，搁置1-2天后，准备进行实际容量测试；在25℃环境下，以0.1C倍率恒流恒压给锂离子动力电池充电至100％SOC，截止电流为0.05C；搁置10-20分钟后，以0.1C倍率恒流给锂离子动力电池放电至0％SOC，重复3次，所得放电容量平均值记为Q1，将完成上述步骤的锂离子动力电池搁置96h，然后以0.005C放电至0％SOC，放电容量记为Q2，将Q1+Q2记为锂离子动力电池的实际容量，实际容量损失为标称容量减去实际容量，标称容量为锂离子动力电池的固定参数，可在电池标签或电池的说明手册中查找；对锂离子动力电池进行直流内阻测试，采用常规HPPC法测试直流内阻，36包锂离子动力电池的实际容量损失和直流内阻的测试结果如图2所示，从测试结果中可发现，有9只锂离子动力电池的直流内阻增长较明显，在3.0mΩ以上，而实际容量损失与其他电池区别不大，反映出内阻和容量关系在这几包电池中发生突变，将直流内阻在3.0mΩ以上、实际容量损失在28AH以下的9个电池归为功率老化组，其余27只电池为能量老化组；将功率老化组9只锂离子动力电池进行二次利用测试，将超级电容器通过升压变换器与锂离子动力电池并联，为了验证并联后的作用，取3只功率老化锂离子动力电池，施加周期性大倍率电流，如图3所示，持续50周后，发现与没有与超级电容器并联的电池相比，循环后的容量保持率提高了50％-70％，这一结果说明与超级电容器并联后，可以显著改善功率老化锂离子动力电池峰值电流荷载能力，延长二次使用寿命，提高锂离子动力电池使用价值，增加经济效益。

Claims (7)

1.一种锂离子动力电池评估及再利用方法，其特征是，包括以下步骤：

S1：将锂离子动力电池在一定条件下搁置若干天；

S2：对锂离子动力电池进行实际容量测试；

S3：对锂离子动力电池进行直流内阻测试；

S4：依据S2、S3的测试结果对锂离子动力电池进行分组归类，分为功率老化组和能量老化组；

S5：对能量老化组中的锂离子动力电池进行再利用。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池评估及再利用方法，其特征是，所述S2包括以下步骤：

S21：在25℃环境下，以I₁倍率恒流恒压给锂离子动力电池充电至100％SOC，截止电流为I₂；搁置T₁分钟后，以I₁倍率恒流给锂离子动力电池放电至0％SOC，重复若干次，所得放电容量平均值记为Q1；

S22：将完成S21的锂离子动力电池搁置T₂小时，然后以恒定电流I₃放电至0％SOC，放电容量记为Q2；

S23：将Q1+Q2记为锂离子动力电池的实际容量，实际容量损失为标称容量减去实际容量。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子动力电池评估及再利用方法，其特征是，所述S21中的I₁为0.1C，T₁分钟的范围为10-20分钟，I₂为0.05C。

4.根据权利要求2所述的一种锂离子动力电池评估及再利用方法，其特征是，所述S22中的T₂小时为96小时，I₃为0.005C。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池评估及再利用方法，其特征是，所述S4中的分组归类的依据为：将实际容量损失在a AH以下，且直流内阻在b mΩ以上的电池归为功率老化组，其他电池归为能量老化组。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池评估及再利用方法，其特征是，所述S5中电池进行再利用的方法为：将超级电容器通过升压变换器与功率老化组中的锂离子动力电池并联。

7.根据权利要求1所述的一种锂离子动力电池评估及再利用方法，其特征是，所述S1中一定条件为环境温度为25℃，锂离子动力电池的电量为0％SOC。

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